Gli scienziati hanno osservato nei dati di Gaia come le galassie nane della Via Lattea potrebbero essere state distrutte appena entrate nell’alone.

Da tempo si presume che le galassie nane attorno alla Via Lattea siano antichi satelliti in orbita attorno alla nostra galassia da quasi 10 miliardi di anni. Ciò richiede che esse contengano enormi quantità di materia oscura per proteggerle dagli enormi effetti delle maree dovuti all’attrazione gravitazionale della nostra galassia. Per questo si riteneva che la materia oscura fosse la causa delle grandi differenze osservate nella velocità delle stelle all’interno di queste galassie nane. Ma gli ultimi dati Gaia hanno ora rivelato una visione completamente diversa delle proprietà delle galassie nane e un nuovo studio ha trovato indicazioni su come la maggior parte delle galassie nane potrebbero essere state distrutte subito dopo il loro ingresso nell’alone galattico.

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Galassie nane

Simulazione galassia nana
Immagine da una simulazione della trasformazione di una galassia ricca di gas e dominata dalla rotazione in una galassia nana sferica. 
Qui viene mostrato un analogo della galassia nana dello Scultore. Credits: Jianling Wang, François Hammer

Gli astronomi dell’Osservatorio di Parigi-PSL, del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) e dell’Istituto Leibniz di Astrofisica Potsdam (AIP) sono riusciti a datare la storia della Via Lattea grazie alla relazione che collega la sua energia orbitale a un oggetto durante il suo ingresso nell’alone: il momento in cui essi furono catturati per la prima volta dal campo gravitazionale della Via Lattea.

Questi oggetti che arrivarono all’inizio della sua formazione, quando la Via Lattea era meno massiccia, possiedono energie orbitali inferiori rispetto a quelli più recenti. Esse sono risultate essere sorprendentemente più grandi di quelle della galassia nana del Sagittario che entrò nell’alone 5-6 miliardi di anni fa. Ciò implica che la maggior parte delle galassie nane sono arrivate molto più recentemente, meno di tre miliardi di anni fa.

Un arrivo così recente implica che le galassie nane vicine provengano dall’esterno dell’alone, dove si osserva che quasi tutte le galassie nane contengono enormi riserve di gas neutro. Le galassie ricche di gas lo hanno perso quando si sono scontrate con il gas caldo dell’alone galattico e la violenza degli shock e delle turbolenze nel processo le ha cambiata completamente.

Mentre le galassie nane precedentemente ricche di gas erano dominate dalla rotazione di gas e stelle, quando si trasformano in sistemi privi di gas, la loro gravità viene bilanciata dai movimenti casuali delle stelle rimanenti. Le galassie nane perdono il loro gas in un processo così violento da metterle fuori equilibrio, il che significa che la velocità con cui si muovono le loro stelle non è più in equilibrio con la loro accelerazione gravitazionale. Gli effetti combinati della perdita di gas e degli shock gravitazionali dovuti all’immersione nella galassia spiegano bene le velocità diffuse delle stelle all’interno del resto della galassia nana.

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La materia oscura

Galassie nane nella Via Lattea
Immagine del satellite Gaia con indicate le principali galassie nane presenti all’interno dell’alone galattico della Via Lattea. Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

Una delle curiosità riscontrate in questo studio è il ruolo della materia oscura. Innanzitutto, l’assenza di un equilibrio impedisce qualsiasi stima della massa dinamica delle nane della Via Lattea e del loro contenuto di materia oscura. In secondo luogo, mentre nello scenario precedente la materia oscura proteggeva la presunta stabilità delle galassie nane, invocare la materia oscura diventa piuttosto imbarazzante per gli oggetti fuori equilibrio.

Se la galassia nana avesse già contenuto molta materia oscura, avrebbe infatti stabilizzato il suo disco iniziale di stelle rotanti, impedendo la trasformazione della nana in una galassia con moti stellari casuali, come invece è stato osservato.

Il recente arrivo descritto delle galassie nane e la loro trasformazione nell’alone possono spiegare bene molte proprietà osservate di questi oggetti, in particolare il motivo per cui hanno stelle a grande distanza dal loro centro. Le loro proprietà sembrano compatibili con l’assenza di materia oscura, contrariamente alla precedente comprensione delle galassie nane come gli oggetti maggiormente dominati dalla materia oscura.

Da questi risultati sorgono ora molte nuove domande, come ad esempio: dove sono le numerose galassie nane dominate dalla materia oscura che il modello cosmologico standard prevede attorno alla Via Lattea? Come possiamo dedurre il contenuto di materia oscura di una galassia nana se non si può assumere l’equilibrio? Quali altre osservazioni potrebbero discriminare tra le galassie nane fuori equilibrio proposte e il quadro classico con nane dominate dalla materia oscura? I prossimi dati raccolti da Gaia potrebbero fornire le risposte che stiamo cercando.

Fonte: Phys, Royal Astronomical Society